实例分析辅助圆在初中数学解题中的应用

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  圆作为初中数学内容的重要组成部分,加上自身具有的特殊性质,可帮助学生解决初中数学问题.
  圆是特殊的平面曲线图形,其特殊性质是初中数学的重要内容.在初中数学解题中,常常遇到一些用常规方法无法解决的问题,看似与圆无关.但是若能构造适当的圆形加以辅助,能够使复杂问题简单化,抽象问题形象化,进而快速解决问题.简而言之,辅助圆在初中数学解题中起着“搭桥铺路”的作用.
  一、构辅助圆求直线方程
  直线方程是初中数学内容的重要组成部分,由平面直角坐标系中的二元一次方程所表示的图形.相对而言,初中的直线方程求解较简单,没有高中那么复杂.但学生采用常规的解题方法往往较困难,且浪费时间,挫伤学生解题积极性.因此,通过构造辅助圆,能够将复杂问题简单化.
  例1已知过圆外一点P(2,4)作一圆C:(x-1)2+(y-1)2=1的两条切线为PA、PB,其中A、B为切点,求AB的直线方程.
  图1
  解析:本题若从切点坐标着手,然后求直线方程,其计算量相对较大,学生也难以解答.因此,通过构辅助圆利用切线,使两相交的圆方程相减,进而得到直线AB的方程式.如图1所示.以P点为圆心,以PA长为半径做圆P与圆C相交于A、B点.由于切线PA垂直于CA,且PC=10,可得:
  PA=PC2-AC2,圆P:(x-2)2+(y-4)2=9 (1)
  又因为:A、B两点均在圆C:(x-1)2+(y-1)2=1上 (2)
  所以:(1)-(2)可得到AB的直线方程为x+3y-5=0.
  二、构辅助圆求线段长度
  线段长度在初中数学解题中也较为常见,主要利用共同端点的几条线段相等,以该端点为圆心,并以等线段的长作为半径,进而构造出辅助圆,最后利用圆形的性质求解.
  图2
  例2如图2所示,在四边形ABCD中,AB∥CD,且AB=AC=AD=5,BC=19,求取BD的长度.
  解析:以A为圆心做圆A,A到B、C、D三点的距离相等,即圆A的半径,且B、C、D三点均在圆A上.延长BA到E点,连接ED.因为:AB∥CD,圆周角所对应的弧相等,所以:ED与BC的弧长相等,可得到ED=BC=
  19.由下图可得:EB为圆A的直径,因此:∠EDB=90°,BE=2AB=10,可得:BD=
  BE2-DE2.=102-(19)2=9.
  三、构辅助圆求三角形度数
  求取三角形度数也是初中生在解决数学问题时遇到的问题,常以公共定点作为一个顶点,进而做三角形的外接圆,并且使等角与辅助圆中有关角之间建立起联系,进而有效解决问题.
  图3
  例3图3所示,已知△ABC,AB=AC,且∠ABC的平分线交于AC于D点,且BD+AD=BC,求取∠A的度数.
  解析:因为BD是∠ABC的平分线,∠ABD=∠DBC.以BD为直径做辅助圆,并交于BC于E点,连接DE.根据圆周角所对应的弧相等,可得:AD与DE的弧长相等.由于四边形ABED是一个内接圆四边形,因此,∠ABC、∠EDC、∠C三个角度都相等,即:2∠C=∠DEB.因为BC=BD+AD= BE+EC,且AD=DE=EC,最终:BE=BD.因为∠DEB=∠BDE=2∠C.在△BDE中,∠DEB+∠BDE+∠DBE=180°,即:4∠C+12∠C=180°,所以:∠C=40°,即∠ABC=∠C=40°.在△ABC中,∠ABC+∠C+∠A=180°,所以:∠A=100°
  四、构辅助圆证三角形相似性
  三角形内容在初中数学内容中占有较大比重,是学习其他平面图形的基础.证明两个三角形相似性是常见的问题,一些简单的三角形证明学生较容易证出,但对于复杂的三角形相似性,学生若采用常规方法较难证明.因此,可通过构造辅助圆,利用圆周角与圆心角之间的关系,进而为三角形相似性证明提供条件,利于学生快速解答.
  例4图4所示,已知在△ABC中,AB=AC=BC,且AD=AB=AC=BC,AH⊥CD,PC⊥BC.证明△ABC的面积为
  34
  AP·BD.
  解析:以△ABC中一点A为圆心,以AB为半径做圆A,则
  图4
  B、C、D三点均在圆A上.且∠BDC=
  12∠BAC=30°.又因为:∠ACP=∠BCP-∠ACB=30°,所以:∠PCA=∠CDB.
  因为:∠CBD=12∠CAD=∠PAC.所以:△BDC∽△PCA,可得:BC∶AP=BD∶AC.
  因为:BC= AC,所以:BC2=AP·BD,△ABC的面积为:
  34BC2=34AP·BD.
  五、构辅助圆确定点个数
  求取点的个数对于初中生而言并不陌生,但也是难点.大多数学生碰到求点个数问题时,往往不知道如何下手,失去学习数学信心.尤其初中生由小学阶段刚过渡,思维能力还不够成熟,需要教师在日常教学中加以引导,授予解题方法.
  图5
  例5图5所示,已知线段AC上有一点B,且AB=BC.过点C的直线L与AC成60°角,在直线L上取一点P,使∠APB为30°,那满足条件P的点有多少个?
  解析:以AB为边作△ABO,使AB=AO=BO.以O点为圆心、AB为半径作圆O,并且交于直线L为P1、P2.因为:∠AOB=∠ACP1=∠AP1C=60°,所以:∠AP1B=∠AP2B =30° 因此:满足P的点有2个.
  圆作为基本的平面图形,在初中数学解题中有重要意义.通过构造辅助圆,可将复杂问题简单化,提高做题效率,同时可调动学生学习热情,增强解题信心,进而提高学习效率.
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